Способ гидравлической добычи угля из газонасыщенных пластов
Владельцы патента RU 2564888:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (ИПКОН РАН) (RU)
Изобретение относится к подземной разработке месторождений полезных ископаемых, склонных к внезапным выбросам угля и газа, и в частности к скважинной разработке угольных месторождений. Техническим результатом является повышение безопасности ведения горных работ при разработке свиты газоносных угольных пластов. Предложен способ гидравлической добычи угля из газонасыщенных пластов, заключающийся во вскрытии месторождения скважинами, разрушении и переводе полезного ископаемого в гидросмесь, перемешивании, осаждении пустой породы на дно образованной полости, откачивании водоугольной суспензии на поверхность и транспортировки ее по трубам к потребителю. При этом осуществляют предварительную дегазацию и разгрузку вышележащих и нижележащих выбросоопасных угольных пластов и вмещающего массива горных пород производят путем скважинной добычи угля из пласта, опасного по выбросам угля породы и газа, принятого в качестве защитного. Причем добычные скважины располагают таким образом, чтобы границы защитных зон разрабатываемого пласта располагались равномерно по защищаемым пластам. 2 ил.
Изобретение относится к подземной разработке месторождений полезных ископаемых, склонных к внезапным выбросам угля и газа, и в частности к скважинной разработке угольных месторождений.
Известен способ разработки газонасыщенных угольных пластов с применением опережающей подземной отработки защитных пластов - неопасных (или наименее опасных) по выбросам защитных пластов, залегающих под или над опасным пластом. [Айруни А.Т., Иофис М.А., Шмелев А.И. и др. Использование защитных пластов на угольных шахтах. Обзор. - М.: ЦНИЭИуголь, 1981. - 34 с.].
Недостатком данного способа является необходимость проведения горных выработок по вскрытию угольного пласта, отработки защитного газоносного пласта с применением особых горных мер, что связано с повышенным риском ведения горных работ и высокими капитальными затратами. При этом защитное действие возникает вследствие частичной разгрузки прилегающего к разрабатываемому пласту горного массива от сжимающих напряжений и изменения первоначального газового состояния подзащитных опасных пластов (снижается давление газа в опасном пласте, уменьшается газоносность угля, повышается его газопроницаемость). Надежная защита имеет место только в зоне с достаточным уровнем разгрузки, обеспечивающим уменьшение давления газа (газоносности угля) в пласте до безопасных величин
Для снижения интенсивности метановыделения из угольных пластов в горные выработки действующих шахт применяются предварительная дегазация неразгруженных пластов угля до начала очистных или подготовительных работ и текущая дегазация разгружаемых от горного давления угленосных толщ. При этом дегазационные скважины могут быть пробурены из подземных выработок или с земной поверхности.
Известен способ дегазации и разупрочнения горных пород, включающий бурение пластовых скважин и скважин в породу кровли, их гидрообработку жидкостью в статическом и гидроимпульсном режимах [Патент РФ №2373398 на изобретение «Способ дегазации и разупрочнения горных пород», от 15.04.2008 г.].
Недостатком данного способа является то, что отсасывание газа, находящегося в массиве в сорбированном состоянии, занимает долгий по продолжительности период времени, что вызывает отсрочивание проведения очистных работ.
Известен способ добычи угля из выбросоопасных пластов, заключающийся в проведении подготовительных выработок, бурении из них в пласт параллельных скважин, их обсадке и герметизации, нагнетании в скважины жидкости с импульсными сбросами давления и выпуском разрушенного угля, разгрузке и дегазации пласта с последующей очистной выемкой угля. При этом нагнетание воды и импульсные сбросы осуществляют, начиная с донной части скважины, очистную выемку угля начинают после завершения воздействия на пласт и выпуска угля из двух первых скважин. При отработке особо выбросоопасных пластов перед бурением скважин из подготовительной выработки в угольный пласт бурят параллельные шпуры на глубину зоны влияния выработки и нагнетают в них растворы, скрепляющие уголь [Авторское свидетельство СССР №1670129 А1, «Способ добычи угля из выбросоопасных пластов и устройство для его осуществления», опубл. 15.08.1991 г.].
Однако данный способ носит локальный характер - дегазация осуществляется в пределах участка разрабатываемого пласта. Кроме того, бурение дегазационных скважин, последующее извлечение угля ведется с присутствием людей в очистном забое, что в условиях отработки газонасыщенных пластов является небезопасным.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ подземной гидравлической разработки месторождений твердых полезных ископаемых, заключающийся во вскрытии месторождения с помощью скважин, в гидравлическом разрушении напорной струей воды, дезинтеграции и переводе в забое разрушенной массы в гидросмесь, транспортировке гидросмеси от забоя до пульпоприемной скважины, подъеме гидросмеси на поверхность, при этом перед подъемом гидросмеси на поверхность ее интенсивно перемешивают, осаждают ее тяжелую пустую часть (пустую породу) на дно вымываемой полости, производя таким образом закладку выработанного пространства, отсасывают облегченную часть гидросмеси, состоящей из пульпы полезного ископаемого в верхнюю часть полости, из которой производится подъем гидросмеси (обогащенного водоугольного топлива) на поверхность и транспортировка по трубам непосредственно потребителю. [Патент РФ №2363849 на изобретение «Способ подземной гидравлической разработки месторождений твердых полезных ископаемых», от 28.07.2006 г., (прототип).]
Недостатком данного способа является отсутствие возможности управления дегазационными процессами при разработке месторождений полезных ископаемых, склонных к взрывам и внезапным выбросам угля и газа. Способ имеет ограниченное применение при разработке свит газонасыщенных пластов, особенно при отсутствии в толще пород негазонасыщенного пласта, который можно принять в качестве защитного и отрабатывать без специальных мероприятий.
Целью изобретения является повышение безопасности и эффективности ведения горных работ при разработке свит газоносных угольных пластов путем дегазации с применением скважинного способа добычи угля.
Указанная цель достигается использованием в качестве дегазации предварительной разгрузки угольных пластов и вмещающего массива горных пород путем скважинной выемки угля из пласта, опасного по выбросам газа.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 приведена схема перераспределения горного давления в пределах области влияния очистной выработки по защитному пласту, на Фиг. 2 показана схема расположения скважин на земной поверхности и защищенных зон.
На чертежах изображены скважины - 1, первый отрабатываемый пласт, который используется в качестве защитного - 2, подзащитные вышележащий и нижележащий пласты - 3, контур защищенной зоны - 4, выработанное с помощью скважин пространство в пласте, принятом в качестве защитного - 5, защищенные участки вышележащего пласта - 6, защищенные участки нижележащего пласта - 7, контур защищенной зоны от скважин первой очереди - 8, контур защищенной зоны от скважин второй очереди - 9.
Сущность способа заключается в следующем. При разработке свиты газонасыщенных пластов определяется защитный пласт 5, защитное действие которого распространяется на вышележащие и нижележащие пласты. Производят вскрытие залежи с помощью скважин 1. Затем в газонасыщенном пласте 2 создают полость 5 с применением мощного физического воздействия (взрывного, электрогидравлического разрушения и т.п.).
Для снижения интенсивности метановыделения из угольных пластов в горные выработки действующих шахт применяются предварительная дегазация и разгрузка вышележащих и нижележащих угольных пластов до начала очистных или подготовительных работ и текущая дегазация разгружаемых от горного давления угленосных толщ. При этом дегазационные скважины могут быть пробурены из подземных выработок или с земной поверхности.
Для дальнейшего разрушения полезного ископаемого в качестве мощного физического воздействия используется собственная природная энергия - высокая метаноносность угольных пластов. При достижении наиболее взрывоопасной концентрации метана 10% в этой полости инициируют взрыв, разрушая тем самым полезное ископаемое. Разрушенный уголь в полости переводят в гидросмесь, интенсивно перемешивают, осаждают пустую породу на дно созданной полости, затем с помощью гидроэлеватора подают на поверхность водоугольную суспензию.
При этом снижается опорное давление в массиве горных пород, прилегающем к выработанному пространству - участки 6, 7 (Фиг. 1). Вышеописанным способом создают выработанное пространство такого размера, при котором надрабатываемые и подрабатываемые угольные пласты 3 попадают в контур защищенной зоны 4, в которой снижается давление газа в пластах, уменьшается газоносность угля, повышается его газопроницаемость. Добычные скважины располагают таким образом, чтобы границы защитных зон разрабатываемого пласта располагались равномерно по защищаемым пластам. По рекомендуемой схеме разработки угольных месторождений (Фиг. 2) с поверхности бурятся скважины первой очереди 1 по квадратной сетке, по мере отработки создаются защищенные зоны 8. Расстояние между скважинами принимается исходя из устойчивости кровли и принятого коэффициента извлечения. После того, как произведена гидродобыча из четырех скважин, расположенных по квадрату, бурятся скважины второй очереди в центре этого квадрата, при этом создаются защищенные зоны второй очереди 9. При этом добиваются того, чтобы границы защитных зон разрабатываемого пласта располагались равномерно по защищаемым пластам.
В дальнейшем данные подзащитные участки угольных пластов 6, 7, которые попадают в защищенную зону 4, разрабатывают традиционными подземными способами или вышеописанным скважинным.
Данный способ позволяет вести безопасную и эффективную отработку месторождений, склонных к газо- и геодинамическим явлениям, путем предварительной дегазации угольных пластов с применением скважинного способа добычи, без применения дорогостоящих и не всегда эффективных локальных мероприятий, что особенно важно при больших глубинах разработки и применении современной высокопроизводительной техники, поскольку выделение газа из пластов пропорционально объему добычи полезного ископаемого.
Способ гидравлической добычи угля из газонасыщенных пластов, заключающийся во вскрытии месторождения скважинами, разрушении и переводе полезного ископаемого в гидросмесь, перемешивании, осаждении пустой породы на дно образованной полости, откачивании водоугольной суспензии на поверхность и транспортировки ее по трубам к потребителю, отличающийся тем, что предварительную дегазацию и разгрузку вышележащих и нижележащих выбросоопасных угольных пластов и вмещающего массива горных пород производят путем скважинной добычи угля из пласта, опасного по выбросам угля породы и газа, принятого в качестве защитного, при этом добычные скважины располагают таким образом, чтобы границы защитных зон разрабатываемого пласта располагались равномерно по защищаемым пластам.
